Velká data a moderní optické sítě

Velká data a moderní optické sítě J.Radil, M.Hažlinský, S.Šíma, R.Vohnout, J.Vojtěch

26.11.2014

CESNET Community Fórum

Velká data a moderní optické sítě • Toto povídání bude trochu technické. • Pokud mluvíme o optických sítích tak je těžké se technickým tématům vyhýbat. • Nebudeme se zabývat detaily (alespoň z pohledu přednášejícího).

26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě • Optické nebo fotonické sítě? • Slovo ‚optika/optics‘ pochází ze staré řečtiny, ὀπτική, znamená vzhled nebo pohled (a určitě má další významy, bohužel nejsem postižen klasickým vzděláním). – Opravdu dlouho používané slovo, existuje kniha jistého pana I.Newtona zvaná Opticks, 1704.

• Slovo ‚fotonika/photonics' je odvozeno z řeckého slova 'photos' což znamená světlo. – Phos Φῶς (genitiv: photos Φῶτῶς). – Objevilo se v někdy 1960, popisovalo nové výzkumné oblasti (laser, optické vlákno). 26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě • Optické nebo fotonické sítě? • Slovo 'optics‘ pochází ze staré řečtiny, ὀπτική, znamená vzhled nebo pohled (a určitě má další významy, bohužel nejsem postižen klasickým vzděláním). – Opravdu dlouho používané slovo, existuje kniha jistého pana I.Newtona zvaná Opticks, 1704.

• Slovo 'photonics' je odvozeno z řeckého slova 'photos' což znamená světlo. – Phos Φῶς (genitiv: photos Φῶτῶς). – Objevilo se v někdy 1960, popisovalo nové výzkumné oblasti (laser, optické vlákno). 26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě • Optické sítě jsou dnes běžné, optické kabely jsou k dispozici na celé zeměkouli. • Nic lepšího než optiku dnes k dispozici nemáme – samozřejmě bezdrátové technologie mají své nezastupitelné místo (např. meziplanetární Internet pana Vintona Cerfa, nejen Wi-Fi). • Přesná definice ‚Velkých dat‘ neexistuje, mění se. – Kažý výrobce nebo poskytovatel má své definice.

• Velká data jsou například meteorologie, genomika, astronomie, fyzika,...GB asi nestačí, TB(?), PB, EB... 26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě • Malé odbočení: • V anglicky psané literatuře (a té je většina) se používá tzv. krátká škála: • milión 106 , bilión 109 , trilión 1012 ,... • My v Česku používáme tzv. dlouhou škálu: milion 106 , miliarda 109 , bilion 1012 ,... • Podobné zmatky jako metry vs. stopy • Možná lépe používat zeta, exa, peta, tera, giga,... 26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě

https://www.flickr.com/photos/centralasian/3324024446/ 26.11.2014



https://www.telegeography.com/telecom-maps/submarine-cable-map/ 26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě • Optické sítě jsou běžné – co nám nabízejí? • Velké přenosové rychlosti, dnes běžně 100 Gb/s – CESNET2. Nízká spotřeba energie oproti ‚vyšším‘ vrstvám. • Používá se tzv. DWDM technologie, přenáší se více vlnových délek najednou – celková přenosová kapacita může být např. 80 x 100 Gb/s = 8 Tb/s. – Kapacity je ještě dost, nové možnosti se zkoumají (160x200G). – Teoretický limit standardního optického vlákna cca 100 Pb/s.

• Špičková rychlost přenosu je dnes 400 Gb/s (komerční zařízení) a existují i praktické demonstrace 1 Tb/s. – 1 Tb/s je skutečně hodně, začína být problém se zpracováním signálu. 26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě • A nějaké nevýhody optických sítí? Horší služba? • Rychlost šíření světla ve vlákně (SiO2) je ‚jen‘ 200 000 km/s. • Na oběžnou dráhu zatím žádný kabel nevede. – Když existují návrhy ‚vesmírného výtahu‘ tak proč ne i ‚vesmírného optického kabelu‘? Obé společně?

• Existují i speciální druhy vláken (‚dutá‘), rychlost šířrní světla 300 000 km/s. – Dlouhá cesta od vlákna k optické (fotonické) síti. 26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě • Nové (nejen) vědecké aplikace dnes mohou využívat všech možností, které jim moderní optické sítě nabízejí. • Jaké jsou to aplikace? • Například fyzika jaderných částic – urychlovače. Třídiče genomu a velká pole teleskopů jsou dalším příkladem přístrojů, které generují opravdu velké množství dat. I když zas tak nové aplikace to nejsou. • Jak velká množství dat? Skutečně jsou to ‚Velká data‘? • Velký částicový srážkostroj (LHC v CERNu) produkuje 15 (někdo říká 25) PB dat za rok. • Ale to už jsou data po částečném zpracování, LHC ve skutečnosti produkuje 1 PB dat za sekundu. – http://www.lhc-closer.es/1/3/12/0 – 1 PB/s je samozřejmě příliš pro jakoukoliv síť nebo systém. – Předzpracování ve specializovaném hardware. 26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě • Třídiče genomu – 20 TB na jednoho pacienta. – Toto číslo je jen jeden příklad, jistě se může lišit dle typu přístroje i metody sekvenování.

• GÉANT Open Call project, ARES (Advanced networking for the EU genomic Research). – ‚The Catalog of Human Genetic Variation (1000 Genomes), for example, is 464 TB for just 1000 samples.‘ – GÉANT je panevropská síť pro vědu a vzdělávání.

• V ČR ÚMG AV ČR Praha nebo BIOMEDREG Olomouc. • Samozřejmě je potřebná velká přenosová kapacita.

26.11.2014



http://omicsmaps.com/ 26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě • Další příklad: pole (radio)teleskopů – například eVLBI. • Celosvětová síť propojených radioteleskopů – velmi vysoké rozlišení, vysoká přesnost. • Odhady (the EC) produkce dat: stovky Gb/s, také Tb/s. – Stejně jako u urychlovačů – předzpracování dat.

• Je potřebná nejen velká kapacita, ale také přesný čas. – Musíme vědět v kolik hodin k pozorování došlo.

• I v tomto případě můžou optické sítě pomoci – umožňují přenos přesného času, také stabilní frekvence (malé a stabilní zpoždění šíření signálu). – Přesný čas/stabilní frekvence nejsou Velká data, ale jsou to velmi důležité nové aplikace. 1Tb/s nemusí někdy stačit... 26.11.2014



image credit Tae-Hyun, Jung (MPIfR, 2004) 26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě • Dosah spojení není omezen jen na Česko, díky sítím jako je GÉANT (www.geant.net) nebo GLIF (www.glif.is) lze velká data přenášet na velké vzdálenosti. • CESNET má spojení na GÉANT i GLIF. • Uvedl jsem, že 100G rychlosti jsou dnes běžné. To je pravda, ale většinou na páteřních sítích. Přístupové sítě mají kapacitu většinou 10 Gb/s (nebo N x 10 Gb/s pokud používají technologii DWDM). – Problém je cena, 10G vs 100G je rozdíl v ceně cca 100x. – Tento poměr je zase jen příklad, určitě lze najít rozdílná čísla.

• Pokud jsou zdroje velkých dat mimo páteřní síť(ě) je třeba včas připravit odpovídající projekt nasvícení poslední míle. • CESNET je připraven se zájemci spolupracovat. 26.11.2014



http://www.geant.net/Resources/Media_Library/Pages/Maps.aspx 26.11.2014



http://www.glif.is/publications/maps/

26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě • Spojení buď čistě opticky (OOO) nebo s využitím optoelektrické konverze (OEO). – Spotřeba energie: Internet IP layer 10nJ/bit – OEO WDM layer 0.01 - 0.1nJ/bit – OOO

• OOO – nejmenší a konstantní zpoždění, postupem na vyšší vrstvy se situace zhoršuje. • Vyšší vrstvy znamenají také vyšší cenu zařízení. • Problém s propustností na vyšších vrstvách - TCP. • Použití různých termínů: – světelná cesta aka lightpath OOO ale také OEO, lambda OOO/OEO, vyhrazený okruh OEO, vyhrazené pásmo,...možné problémy s terminologií. 26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě • Pokročilé služby, které optické sítě a CESNET nabízí: • Vyhrazený DWDM kanál nebo ethernetový okruh (bod-bod, kvalitnější než sdílený ethernet). • Vyšší nároky na realizaci poslední míle pro DWDM technologie – vlákno až ke koncovému uživateli. • Vyšší cena leč mnohem větší možnosti. 26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě • Nové trendy: nasazení technologie s podporou SDN (Softwarově Definované Sítě). • Flexibilita, snadnější a rychlejší poskytování služeb ‚na míru‘ uživatelské aplikaci. • Odvětví sítí kde aktuálně probíhá rychlý vývoj (obzvláště v oblasti datových center). • Možnosti jak lépe propojit datové zdroje vzdálených pracovišť. 26.11.2014



http://www.cesnet.cz/services/ip-connectivity-ip/cesnet2-network-topology/?lang=en 26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě • • • • • •

• • •

http://www.wired.com/2013/05/vint-cerf-interplanetary-internet/ http://en.wikipedia.org/wiki/Space_elevator http://www.cpi.com/projects/vlbi.html http://www.geant.net/opencall/Applications/Pages/ARES.aspx http://people.eng.unimelb.edu.au/rtucker/talks/files/Tucker_ECOC_Tutorial.pdf http://www.atnf.csiro.au/research/workshops/2013/astroinformatics/talks/skaa stroinformatics2013.pdf https://indico.skatelescope.org/getFile.py/access?contribId=3&resId=0&materia lId=0&confId=176 http://en.wikipedia.org/wiki/Very-long-baseline_interferometry http://en.wikipedia.org/wiki/Software-defined_networking

26.11.2014


Poděkování kolegům z CESNETu.

26.11.2014


Děkuji za pozornost

26.11.2014


Velká data a moderní optické sítě

Recommend Documents